JP2909794B2 - RFQ linear accelerator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ＲＦＱ（Ｒａｄｉｏ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）線形加速
器に関し、さらに詳細には、４枚のヴェイン電極間に高
周波電場を発生させることにより、イオンを加速して出
射することができるものであって、複合加速器の初段加
速器や、医療研究あるいは半導体製造などのイオン注入
器に利用することのできるＲＦＱ線形加速器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an RFQ (Radio
More specifically, the present invention relates to a frequency quadrupole linear accelerator, and more particularly to a linear accelerator capable of accelerating and emitting ions by generating a high-frequency electric field between four vane electrodes. The present invention relates to an RFQ linear accelerator that can be used for an ion implanter for research or semiconductor manufacturing.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、イオン・ビームを収束させなが
ら、同時に加速させることができるＲＦＱ線形加速器が
開発された。2. Description of the Related Art Recently, an RFQ linear accelerator capable of simultaneously accelerating an ion beam while converging the ion beam has been developed.
【０００３】このＲＦＱ線形加速器とは、内部が真空状
態とされた導電性の筒状筐体内に、先端部を長さ方向に
波形状に形成した四重極電極（４枚のヴェイン電極）
を、ビーム加速軸に沿って直交するように対向させると
ともに、相対向するヴェイン電極は山と山、谷と谷とが
向かい合い、互いに９０度隔てた隣合うヴェイン電極の
山と谷とが隣合うように配置された構成となっている。[0003] This RFQ linear accelerator is a quadrupole electrode (four vane electrodes) having a distal end portion formed into a wave shape in the length direction in a conductive cylindrical housing whose inside is in a vacuum state.
And the veins facing each other are perpendicular to each other along the beam acceleration axis, and the veins facing each other are ridges and valleys, and valleys and valleys face each other, and the ridges and valleys of adjacent vane electrodes separated by 90 degrees are adjacent It is the structure arranged as follows.
【０００４】そして、これら４枚のヴェイン電極におい
て、一方の対向する一対のヴェイン電極と他方の対向す
る一対のヴェイン電極とは、互いの符号が異なるように
高周波電力を与えられ、さらに四重極電極間で囲まれた
中心部にイオン・ビームを入射させると、イオン・ビー
ムは高周波四重極電場によって収束されるとともに加速
されて、高エネルギのイオン・ビームとして筒状筐体か
ら出射されることになる。[0004] In these four vane electrodes, one pair of opposed vane electrodes and the other pair of opposed vane electrodes are supplied with high-frequency power so that their signs are different from each other, and are further quadrupole. When the ion beam is incident on the central part surrounded by the electrodes, the ion beam is converged and accelerated by the high-frequency quadrupole electric field, and is emitted from the cylindrical housing as a high-energy ion beam. Will be.
【０００５】図７および図８には、上記したような従来
のＲＦＱ線形加速器が示されており、所謂、四翼型ＲＦ
Ｑ線形加速器と称されるＲＦＱ線形加速器が示されてい
るが、導電性の円筒状空洞１００内に、対向する各ヴェ
イン電極１０２、１０２および１０４、１０４を互いに
９０度位相をずらして配置して、この円筒状空洞１００
に各ヴェイン電極１０２、１０２および１０４、１０４
間を電気的に短絡させた空洞共振器を構成し、高周波導
入装置１０６から供給される高周波電力により、ヴェイ
ン電極１０２、１０２および１０４、１０４間に高周波
電場を発生させるようになっている。FIGS. 7 and 8 show a conventional RFQ linear accelerator as described above, which is a so-called four-wing type RF accelerator.
An RFQ linac, referred to as a Q linac, is shown, with opposing vane electrodes 102, 102 and 104, 104 arranged in a conductive cylindrical cavity 100 90 degrees out of phase with each other. , This cylindrical cavity 100
Each vane electrode 102, 102 and 104, 104
A high-frequency electric field is generated between the vane electrodes 102, 102, 104, and 104 by a high-frequency power supplied from the high-frequency introducing device 106 by forming a cavity resonator in which the short-circuit is electrically short-circuited.
【０００６】図７および図８に示す上記した従来の四翼
型ＲＦＱ線形加速器においては、空洞共振器を用いて高
周波電場を発生させているために、電力損失を低く抑え
ることができるという利点を有している。The above-described conventional four-blade RFQ linear accelerator shown in FIGS. 7 and 8 has an advantage that power loss can be suppressed low because a high-frequency electric field is generated using a cavity resonator. Have.
【０００７】ところが、こうした従来の四翼型ＲＦＱ線
形加速器を半導体製造用のイオン打ち込みなどに使用す
る場合などには、使用するイオン種や必要なイオン・ビ
ームのエネルギに応じて、低い共振周波数が必要とされ
る場合があるが、このように低い共振周波数が必要な場
合には、空洞共振器のサイズが極めて大きくなってしま
い、スペース的に不利になるという問題点があった。However, when such a conventional four-blade RFQ linear accelerator is used for ion implantation for manufacturing a semiconductor, etc., a low resonance frequency depends on the type of ions used and the energy of the required ion beam. In some cases, when such a low resonance frequency is required, there is a problem that the size of the cavity resonator becomes extremely large, which is disadvantageous in terms of space.
【０００８】また、このように装置全体のサイズが大型
化するため、その製造コストも高価になり、しかも技術
的にも実現困難な問題があった。In addition, since the size of the entire apparatus is increased, the manufacturing cost is high, and there is a problem that it is technically difficult to realize the apparatus.
【０００９】そこで、上記した種々の問題点を解決する
ために、例えば、図９および図１０に示すように、円筒
状空洞１２０の内部に、対向する各ヴェイン電極１２
２、１２２および１２４、１２４を分割型に配置した分
割同軸型ＲＦＱ線形加速器が提案されている。Therefore, in order to solve the above-mentioned various problems, for example, as shown in FIGS.
A split coaxial RFQ linac in which 2, 122 and 124, 124 are arranged in a split type has been proposed.
【００１０】上記した従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速
器では、一方の対向する一対のヴェイン電極１２２、１
２２をステム１２６、１２６を介してそれぞれ円筒状空
洞１２０の上下部に支持し、他方の対向する一対のヴェ
イン電極１２４、１２４を円筒状空洞１２０の両方の端
面１２０ａ、１２０ａで支持し、高周波導入装置１２８
から供給される高周波電力により、ヴェイン電極１２
２、１２２および１２４、１２４間に高周波電場を発生
させるように構成されている。In the above-mentioned conventional split coaxial RFQ linear accelerator, one pair of opposing vane electrodes 122, 1
22 is supported on the upper and lower portions of the cylindrical cavity 120 via the stems 126, 126, respectively, and the other pair of opposite vane electrodes 124, 124 is supported on both end surfaces 120a, 120a of the cylindrical cavity 120, and the high frequency is introduced. Device 128
Electrode 12 by the high frequency power supplied from
2, 122 and 124, 124 are configured to generate a high frequency electric field.
【００１１】そして、上記した従来の分割同軸型ＲＦＱ
線形加速器においては、ヴェイン電極１２２、１２２お
よび１２４、１２４の間に高周波四重極電場が発生する
と、円筒状空洞１２０とヴェイン電極１２２、１２２を
支えるステム１２６、１２６との間にＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ方
向に高周波電流が流れるようになり、ステム１２６、１
２６およびヴェイン電極１２２、１２２および１２４、
１２４の周りに磁場が発生するようになる。The above-mentioned conventional split coaxial RFQ
In the linear accelerator, when a high-frequency quadrupole electric field is generated between the vane electrodes 122, 122 and 124, 124, A → B → between the cylindrical cavity 120 and the stems 126, 126 supporting the vane electrodes 122, 122. High-frequency current flows in the C → D direction, and the stems 126, 1
26 and the vane electrodes 122, 122 and 124;
A magnetic field is generated around 124.
【００１２】図１１は、図９および図１０に示した上記
した分割同軸型ＲＦＱ線形加速器において、ヴェイン電
極１２２、１２２および１２４、１２４間の静電容量
（キャパシタンス）をＣV、ステム１２６、１２６の周
りのインダクタンスをＬS、ヴェイン電極１２２、１２
２および１２４、１２４の周りのインダクタンスをＬT
としたときの等価共振回路を示している。FIG. 11 shows that in the split coaxial RFQ linac shown in FIGS. 9 and 10, the capacitance (capacitance) between the vane electrodes 122, 122 and 124, 124 is C V , the stems 126, 126 Let the inductance around L S be Vane electrodes 122 and 12
The inductance of around 2 and 124,124 L T
5 shows an equivalent resonance circuit when.
【００１３】図１１の等価共振回路より、この空洞共振
器の共振周波数Ｆは、 Ｆ＝１／〔２π×｛ＣV（ＬS＋ＬT）｝1/2〕 によって与えられる。[0013] than the equivalent resonant circuit in FIG. 11, the resonant frequency F of the cavity resonator is given by F = 1 / [2π × {C V (L S + L T)} 1/2 ].
【００１４】従って、図９および図１０に示した上記し
た分割同軸型ＲＦＱ線形加速器にあっては、図７および
図８に示した従来の四翼型ＲＦＱ線形加速器と比較する
と、インダクタンスを大きくすることができるので、同
サイズの従来の四翼型ＲＦＱ線形加速器よりも共振周波
数を低下させることができるようになるものであって、
空洞共振器のサイズの大型化を抑制することができるも
のであった。Therefore, in the split coaxial RFQ linear accelerator described above shown in FIGS. 9 and 10, the inductance is increased as compared with the conventional four-blade RFQ linear accelerator shown in FIGS. Therefore, the resonance frequency can be lower than that of a conventional four-wing RFQ linear accelerator of the same size,
It was possible to suppress an increase in the size of the cavity resonator.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器であっては、従来
の四翼型ＲＦＱ線形加速器と比較すると共振周波数を低
下させることができるものであったが、例えば、２０Ｍ
ＨZ 以下の共振周波数を得ようとすると、空洞共振器の
直径寸法および長さが大きいものになってしまう恐れが
あるという問題点があった。However, in the above-described conventional split coaxial RFQ linear accelerator, the resonance frequency can be reduced as compared with the conventional four-blade RFQ linear accelerator. , For example, 20M
In order to obtain a resonance frequency equal to or lower than HZ, there is a problem that the diameter and length of the cavity resonator may be increased.
【００１６】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、低い共振周波数領域が必要な場合において、従来
の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器よりさらに小型化が可能
なＲＦＱ線形加速器を提供しようとするものである。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a conventional split coaxial RFQ linear accelerator when a low resonance frequency region is required. An object of the present invention is to provide an RFQ linac that can be further miniaturized.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明におけるＲＦＱ線形加速器は、内部が真空状
態とされた導電性の筒状筐体内に、先端部を長さ方向に
波形状に形成した４枚のヴェイン電極を、上記筒状筐体
内のビーム加速軸に沿って直交するように対向させると
ともに、上記４枚のヴェイン電極のうち相対向するヴェ
イン電極は山と山あるいは谷と谷とが向かい合い、かつ
上記４枚のヴェイン電極のうち互いに隣合うヴェイン電
極は山と谷とが隣合うようにして配置し、上記４枚のヴ
ェイン電極の波形状に形成された上記先端部に囲まれた
上記ビーム加速軸領域に入射された荷電粒子を、高周波
電場によって収束および加速して出射するＲＦＱ線形加
速器において、上記筒状筐体内に、上記４枚のヴェイン
電極を上記ビーム加速軸方向に沿って包囲する導電性の
中間筒体を配置し、上記中間筒体を導電性のステムを介
して上記筒状筐体の内側壁に支持するとともに、上記４
枚のヴェイン電極のうち、一方の対向する一対のヴェイ
ン電極を上記中間筒体の内壁面に支持し、かつ他方の対
向する一対のヴェイン電極を上記筒状筐体の上記ビーム
加速軸方向の両端部に支持するようにしたものである。In order to achieve the above object, an RFQ linear accelerator according to the present invention has a distal end portion formed in a conductive cylindrical housing in which a vacuum state is formed in a longitudinal direction. The four vane electrodes formed above are opposed to each other so as to be orthogonal to each other along the beam acceleration axis in the cylindrical housing, and the opposing vane electrodes of the four vane electrodes are peaks and peaks or valleys. The valleys face each other, and among the four vane electrodes, the mutually adjacent vane electrodes are arranged so that the peaks and the valleys are adjacent to each other, and the vein electrodes are disposed on the tip portions formed in a wave shape of the four vane electrodes. In an RFQ linear accelerator for converging and accelerating charged particles incident on the enclosed beam acceleration axis region by a high-frequency electric field, the four vane electrodes are placed in the cylindrical housing by the beam. A conductive intermediate cylindrical body surrounding along the fast axis direction are arranged, while supporting on the inside wall of the tubular casing through the conductive stem of the intermediate cylindrical body, the 4
One of the pair of vane electrodes is supported on the inner wall surface of the intermediate cylindrical body, and one pair of opposite vane electrodes is supported on the inner wall of the intermediate cylindrical body. It is designed to be supported by a part.
【００１８】[0018]
【作用】上記のようにして構成された本発明によるＲＦ
Ｑ線形加速器は、他方の一対のヴェイン電極を内導体と
し中間筒体を外導体とする第一の同軸線路の周りに、中
間筒体を内導体とし筒状筐体を外導体とする第二の同軸
線路が折り返されるように結合した折り返し同軸型の構
造となっており、各ヴェイン電極間で囲まれたビーム加
速軸領域に高周波電場が発生するとともに、ヴェイン電
極を囲むようにして中間筒体の内部に磁場が発生し、こ
の磁場により他方の一対のヴェイン電極および中間筒体
の内部に高周波電流を誘起する。The RF according to the present invention constructed as described above
The Q linac includes a second coaxial line around the first coaxial line having the other pair of vane electrodes as the inner conductor and the intermediate cylinder as the outer conductor, and the intermediate cylinder as the inner conductor and the cylindrical housing as the outer conductor. The coaxial line is folded so that the coaxial line is folded back.A high-frequency electric field is generated in the beam acceleration axis region surrounded between the vane electrodes, and the inside of the intermediate cylinder is surrounded by the vane electrodes. A high-frequency current is induced inside the other pair of vane electrodes and the intermediate cylinder by the magnetic field.
【００１９】上記高周波電流は、筒状筐体の内面、ステ
ムの表面、中間筒体の外面を流れ、中間筒体の周りおよ
びステムの周りに磁場を発生させる。The high-frequency current flows through the inner surface of the cylindrical housing, the surface of the stem, and the outer surface of the intermediate cylinder, and generates a magnetic field around the intermediate cylinder and around the stem.
【００２０】従って、本発明による折り返し同軸型構造
を備えたＲＦＱ線形加速器では、従来の分割同軸型ＲＦ
Ｑ線形加速器の場合と比較して、他方の一対のヴェイン
電極と中間筒体との間の静電容量、および他方の一対の
ヴェイン電極周りのインダクタンスが付加されたことに
なり、同程度の大きさの従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加
速器よりもさらに低い共振周波数を得ることができるの
で、小型のＲＦＱ線形加速器を得ることができる。Therefore, in the RFQ linear accelerator having the folded coaxial structure according to the present invention, the conventional split coaxial RF
Compared to the case of the Q linear accelerator, the capacitance between the other pair of vane electrodes and the intermediate cylinder and the inductance around the other pair of vane electrodes are added, and the same magnitude is obtained. Since a lower resonance frequency than that of the conventional split coaxial RFQ linac can be obtained, a small-sized RFQ linac can be obtained.
【００２１】[0021]
【実施例】以下図面に基づいて、本発明によるＲＦＱ線
形加速器の一実施例を詳細に説明するものとする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an RFQ linear accelerator according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００２２】図１は、本発明によるＲＦＱ線形加速器の
第一の実施例を示す横断面図であり、図２は図１の縦断
面図であり、図３は本発明によるＲＦＱ線形加速器にお
ける等価共振回路図であって、内部が真空状態とされた
導電性の円筒空洞からなる筒状筐体１０の内部には、導
電性の中間筒体１２が配置され、この中間筒体１２がス
テム１４、１４により筒状筐体１０の内側壁に支持され
ている。FIG. 1 is a cross sectional view showing a first embodiment of an RFQ linac according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 is an equivalent diagram of an RFQ linac according to the present invention. FIG. 3 is a resonance circuit diagram, in which a conductive intermediate cylinder 12 is disposed inside a cylindrical housing 10 made of a conductive cylindrical cavity in which the interior is evacuated. , 14 support the inner wall of the cylindrical housing 10.
【００２３】中間筒体１２の内部には、先端部を長さ方
向に波形状に形成した４枚のヴェイン電極（四重極電
極）１６、１６および１８、１８が、ビーム加速軸に沿
って直交するように対向して配設され、相対向するヴェ
イン電極１６、１６および１８、１８は、それぞれ山と
山あるいは谷と谷とが向かい合うとともに、互いに９０
度隔てた隣合うヴェイン電極１６、１６とヴェイン電極
１８、１８とは、山と谷とが交互に隣合うように配置さ
れた構成とされている。Inside the intermediate cylindrical body 12, four vane electrodes (quadrupole electrodes) 16, 16, 18 and 18 having the distal end portions formed in a wavy shape in the longitudinal direction are arranged along the beam acceleration axis. The vane electrodes 16, 16 and 18, 18, which are arranged so as to be orthogonal to each other and face each other, have peaks and valleys or valleys and valleys facing each other.
The adjacent vane electrodes 16, 16 and the vane electrodes 18, 18 are arranged so that peaks and valleys are alternately adjacent to each other.
【００２４】そして、これらのヴェイン電極１６、１６
および１８、１８のうちで、一方の対向する一対のヴェ
イン電極１６、１６は中間筒体１２の内壁面に電気的に
短絡されて支持されており、他方の対向する一対のヴェ
イン電極１８、１８は筒状筐体１０の軸方向の両方の端
面１０ａに支持されることにより、空洞共振器が構成さ
れている。Then, these vane electrodes 16, 16
One of the paired vane electrodes 16, 18 is electrically short-circuited and supported on the inner wall surface of the intermediate cylinder 12, and the other pair of vane electrodes 18, 18 is opposed to each other. Is supported by both end faces 10a in the axial direction of the cylindrical housing 10, thereby forming a cavity resonator.
【００２５】さらに、筒状筐体１０の所定位置には高周
波導入装置２０が設置されており、この高周波導入装置
２０によって、一方の対向する一対のヴェイン電極１
６、１６と他方の対向するヴェイン電極１８、１８に、
互いの符号が異なるように高周波電力を与えられてい
る。Further, a high frequency introducing device 20 is installed at a predetermined position of the cylindrical casing 10, and the high frequency introducing device 20 causes one pair of the vane electrodes 1 facing each other.
6, 16 and the other opposing vane electrodes 18, 18
High frequency power is applied so that the signs are different from each other.
【００２６】ここにおいて、上記したように構成された
ＲＦＱ線形加速器は、図上水平方向に配置された左右の
ヴェイン電極１８、１８を内導体とするとともに中間筒
体１２を外導体とする第一の同軸線路の周りに、中間導
体１２を内導体とするとともに筒状筐体１０を外導体と
する第二の同軸線路が、折り返されるように結合された
構造となっているものであって、以下の説明において
は、このような構造を備えた本発明によるＲＦＱ線形加
速器を、「折り返し同軸型ＲＦＱ線形加速器」と称して
説明することとする。Here, the RFQ linear accelerator constructed as described above has the first and second vane electrodes 18, 18 disposed horizontally in the drawing as inner conductors and the intermediate cylinder 12 as outer conductors. A second coaxial line having the intermediate conductor 12 as the inner conductor and the cylindrical housing 10 as the outer conductor is coupled so as to be folded back around the coaxial line, In the following description, the RFQ linac according to the present invention having such a structure will be referred to as a "folded coaxial RFQ linac".
【００２７】次に、上記したように構成された折り返し
同軸型ＲＦＱ線形加速器の動作原理について説明する。Next, the operation principle of the folded coaxial RFQ linear accelerator configured as described above will be described.
【００２８】まず、各ヴェイン電極１６、１６および１
８、１８間で囲まれたビーム加速軸領域に高周波電場が
発生するとともに、ヴェイン電極１８、１８を囲むよう
にして、中間筒体１２の内部に磁場が発生する。この磁
場は、ヴェイン電極１８、１８および中間筒体１２の内
部に高周波電流を誘起する。First, each of the vane electrodes 16, 16 and 1
A high-frequency electric field is generated in a beam acceleration axis region surrounded by the gaps 8 and 18, and a magnetic field is generated inside the intermediate cylinder 12 so as to surround the vane electrodes 18. This magnetic field induces a high-frequency current inside the vane electrodes 18, 18 and the intermediate cylinder 12.
【００２９】この高周波電流は、筒状筐体１０の内面、
ステム１４、１４の表面、中間筒体１２の外面を流れ、
中間筒体１２の周りおよびステム１４、１４の周りに磁
場を発生させる。This high-frequency current is applied to the inner surface of the cylindrical housing 10,
Flows on the surfaces of the stems 14, 14 and the outer surface of the intermediate cylinder 12,
A magnetic field is generated around the intermediate cylinder 12 and around the stems 14,14.
【００３０】図３には、本発明による折り返し同軸型Ｒ
ＦＱ線形加速器において、各ヴェイン電極１６、１６お
よび１８、１８間の静電容量をＣV1、左右のヴェイン電
極１８、１８と中間筒体１２との間の静電容量をＣV2、
ステム１４、１４の周りのインダクタンスをＬS、中間
筒体１２の周りのインダクタンスをＬT1、左右のヴェイ
ン電極１８、１８の周りのインダクタンスをＬT2とした
ときの等価共振回路が示されている。FIG. 3 shows a folded coaxial type R according to the present invention.
In the FQ linac, the capacitance between the vane electrodes 16, 16 and 18, 18 is C V1 , the capacitance between the left and right vane electrodes 18, 18 and the intermediate cylinder 12 is C V2 ,
Inductance L S around the stem 14, 14, inductance L T1 around the intermediate cylinder 12, the equivalent resonant circuit when the inductance around the left and right Vain electrode 18 was set to L T2 is shown .
【００３１】図３の等価共振回路から、本発明による折
り返し同軸型ＲＦＱにおける共振周波数Ｆは、 Ｆ＝１／〔２π×｛（ＣV1＋ＣV2）（ＬS＋ＬT1＋
ＬT2）｝1/2〕 によって与えられる。From the equivalent resonance circuit of FIG. 3, the resonance frequency F of the folded coaxial RFQ according to the present invention is: F = 1 / [2π × ｛(C V1 + C V2 ) (L S + L T1 +
L T2 )｝ 1/2 ].
【００３２】従って、本発明による折り返し同軸型ＲＦ
Ｑ線形加速器では、従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器
の場合と比較して、ヴェイン電極１８、１８と中間筒体
１２との間の静電容量ＣV2、およびヴェイン電極１８、
１８周りのインダクタンスＬT2が付加されたことにな
り、低い共振周波数を必要とする場合にも、従来の分割
同軸型ＲＦＱ線形加速器と同程度の大きさにおいて、さ
らに共振周波数Ｆを下げることができるものであり、小
型のＲＦＱ線形加速器を得ることができる。Accordingly, the folded coaxial RF according to the present invention
In the Q linear accelerator, the capacitance C V2 between the vane electrodes 18, 18 and the intermediate cylinder 12 and the vane electrode 18, as compared with the conventional split coaxial RFQ linear accelerator,
Since the inductance L T2 around 18 is added, even when a low resonance frequency is required, the resonance frequency F can be further reduced at the same size as the conventional split coaxial RFQ linear accelerator. Therefore, a small RFQ linear accelerator can be obtained.
【００３３】図４および図５は、それぞれ本発明による
ＲＦＱ線形加速器の第二の実施例を示す横断面図および
縦断面図であり、第一の実施例と同一あるいは相当する
構成に関しては、同一の符号を付して示すことにより、
構成および作用の詳細な説明は省略するものとする。FIGS. 4 and 5 are a transverse sectional view and a longitudinal sectional view, respectively, showing a second embodiment of the RFQ linear accelerator according to the present invention. By indicating with the sign of
Detailed description of the configuration and operation will be omitted.
【００３４】この第二の実施例においては、内部が真空
状態とされた導電性の円筒空洞からなる筒状筐体１０の
側壁部に、筒状筐体１０の内部と連通するように同軸筐
体２２が設置されており、筒状筐体１０の内部に配置さ
れた導電性の中間筒体１２は、ステム１４により同軸筐
体２２の中心部を通って底壁面に支持されている。In the second embodiment, a coaxial housing is provided on the side wall of a cylindrical housing 10 made of a conductive cylindrical cavity whose inside is in a vacuum state so as to communicate with the inside of the cylindrical housing 10. The body 22 is installed, and the conductive intermediate cylindrical body 12 arranged inside the cylindrical housing 10 is supported on the bottom wall surface through the center of the coaxial housing 22 by the stem 14.
【００３５】同軸筐体２２の内部には、ステム１４の周
囲を囲む可動短絡板２４が設けられており、この可動短
絡板２４は図示しない駆動装置により作動アーム２６を
介して、ステム１４の長手方向に摺動自在に設置されて
いる。A movable short-circuiting plate 24 surrounding the periphery of the stem 14 is provided inside the coaxial housing 22. The movable short-circuiting plate 24 is moved by a driving device (not shown) through an operating arm 26 to extend the length of the stem 14. It is slidably installed in the direction.
【００３６】従って、同軸筐体２２内の可動短絡板２４
を上下に摺動させ、ステム１４の電気的長さを変化させ
ることにより、ステム１４の周りのインダクタンスＬS
が 変化するので、筒状筐体１０の共振周波数を可変に
することができる。Accordingly, the movable short-circuit plate 24 in the coaxial housing 22
By sliding up and down to change the electrical length of the stem 14, the inductance L S around the stem 14 is changed.
, The resonance frequency of the cylindrical housing 10 can be made variable.
【００３７】即ち、本発明の第一の実施例であるＲＦＱ
線形加速器の側壁部に、筒状筐体１０の内部と連通する
ように同軸筐体２２を設置し、この同軸筐体２２の内部
にステム１４の周囲を囲む可動短絡板２４を設け、同軸
筐体２２内の可動短絡板２４を上下に摺動させ、ステム
１４の電気的長さを変化させることにより、ステム１４
の周りのインダクタンスＬSを変化させるようにしたの
で、筒状筐体１ ０の共振周波数を可変することができ
るようになる。That is, the RFQ according to the first embodiment of the present invention
A coaxial housing 22 is installed on the side wall of the linear accelerator so as to communicate with the inside of the cylindrical housing 10, and a movable short-circuit plate 24 surrounding the periphery of the stem 14 is provided inside the coaxial housing 22. The movable short plate 24 in the body 22 is slid up and down to change the electrical length of the stem 14 so that the stem 14
Since so as to vary the inductance L S around, it becomes the resonance frequency of the cylindrical casing 1 0 to be able to variably.
【００３８】ここにおいて、上記した第二の実施例によ
るＲＦＱ線形加速器は、ステム１４の周りに設置された
同軸筐体２２内の可動短絡板２４により、ステム１４の
電気的長さを変えることで共振周波数を可変することが
できるものであるから、必要な共振周波数に応じて、同
軸筐体２２および可動短絡板２４の大きさを適宜選択す
れば、任意の共振周波数に可変できるＲＦＱ線形加速器
を得ることができる。Here, the RFQ linear accelerator according to the above-described second embodiment changes the electrical length of the stem 14 by means of the movable short-circuit plate 24 in the coaxial housing 22 installed around the stem 14. Since the resonance frequency can be changed, an RFQ linear accelerator that can be changed to an arbitrary resonance frequency can be obtained by appropriately selecting the sizes of the coaxial housing 22 and the movable short-circuit plate 24 according to the required resonance frequency. Obtainable.
【００３９】なお、共振周波数を可変とするための構成
は、上記した第二の実施例に示されたように、筒状筐体
１０と連通する同軸筐体２２内に可動短絡板２４を配置
する構成の他に、筒状筐体１０あるいは同軸筐体２２内
に、所謂、可動パネルあるいは可動箱などを配設するよ
うな構成としてもよい。The structure for making the resonance frequency variable is such that the movable short-circuit plate 24 is disposed in the coaxial housing 22 communicating with the cylindrical housing 10 as shown in the second embodiment. In addition to the configuration described above, a configuration in which a so-called movable panel or a movable box is provided in the cylindrical housing 10 or the coaxial housing 22 may be adopted.
【００４０】また、上記第一の実施例においてはステム
１４を二本とする一方で、第二実施例においてはステム
１４を一本としたが、ステム１４の本数や取付位置はこ
れに限定されるものではなく、ステム１４の本数および
取付け位置は、筒状筐体１０および中間筒体１２の容積
や高周波電力の大きさに対応して適宜選択するようにし
てよい。In the first embodiment, the number of the stems 14 is two, while in the second embodiment, the number of the stems 14 is one. However, the number and the mounting position of the stems 14 are not limited thereto. Instead, the number and mounting position of the stems 14 may be appropriately selected in accordance with the volumes of the cylindrical housing 10 and the intermediate cylindrical body 12 and the magnitude of the high-frequency power.
【００４１】さらに、中間筒体１２は筒状筐体１０の中
心部にある必要はなく、筒状筐体１０の中心部より偏心
した位置であってもよい。Further, the intermediate cylindrical body 12 does not need to be at the center of the cylindrical housing 10 and may be at a position eccentric from the center of the cylindrical housing 10.
【００４２】さらにまた、筒状筐体１０や中間筒体１２
などの断面は円筒形に限らず、角筒形や多角筒形であっ
ても、電気的な作用に差異はないものである。Further, the cylindrical housing 10 and the intermediate cylindrical body 12
Is not limited to a cylindrical shape, and there is no difference in the electric function even if the cross section is a rectangular tube shape or a polygonal tube shape.
【００４３】図６は、本発明によるＲＦＱ線形加速器を
実機に適用した場合の要部を示す一部破断した斜視図で
あり、内部が真空状態とされた導電性の角筒状空洞から
なる筒状筐体３０の内部には、導電性の中間筒体３２が
配置され、この中間筒体３２の底面が支持ガイシ３４、
３４を介して筒状筐体３０の底面部に支持されていると
ともに、中間筒体３２の上部がステム３６により筒状筐
体３０の上面部に支持されている。FIG. 6 is a partially cutaway perspective view showing an essential part when the RFQ linac according to the present invention is applied to an actual machine, and is a tube made of a conductive rectangular cylindrical cavity whose inside is in a vacuum state. A conductive intermediate cylinder 32 is disposed inside the housing 30, and the bottom surface of the intermediate cylinder 32 is
The upper portion of the intermediate cylindrical body 32 is supported by the stem 36 on the upper surface of the cylindrical housing 30 while being supported by the bottom surface of the cylindrical housing 30 via 34.
【００４４】上記中間筒体３２の内部には、先端部を長
さ方向に波形状に形成した４枚のヴェイン電極（四重極
電極）３８、３８および４０、４０が、ビーム加速軸に
沿って直交するように配置されている。Inside the intermediate cylinder 32, four vane electrodes (quadrupole electrodes) 38, 38 and 40, 40 each having a tip portion formed in a wavy shape in the longitudinal direction are provided along the beam acceleration axis. Are arranged so as to be orthogonal to each other.
【００４５】そして、これらのヴェイン電極３８、３８
および４０、４０のうちの、一方の対向する一対のヴェ
イン電極３８、３８は中間筒体３２の内壁面に支持さ
れ、他方の対向する一対のヴェイン電極４０、４０は筒
状筐体３０の軸方向の両方の端面３０ａ、３０ａに支持
されていて、互いに符号の異なる高周波電力が与えられ
るようになされている。Then, these vane electrodes 38, 38
One of the pair of vane electrodes 38, 38 is supported on the inner wall surface of the intermediate cylindrical body 32, and the other pair of opposite vane electrodes 40, 40 is the shaft of the cylindrical housing 30. It is supported on both end surfaces 30a in the direction, and is adapted to be supplied with high frequency powers having different signs.
【００４６】また、上記ステム３６の周囲には、可動短
絡板４２が設けられており、この可動短絡板４２は図示
しない駆動装置によりステム３６に沿って上下に摺動自
在に設置されている。A movable short-circuit plate 42 is provided around the stem 36. The movable short-circuit plate 42 is slidable up and down along the stem 36 by a driving device (not shown).
【００４７】そこで、上記筒状筐体３０の成形寸法を縦
７０ｃｍ、横７０ｃｍ、長さ１５０ｃｍとし、可動短絡
板４０の板厚７．５ｃｍとし、可動短絡板４２と中間筒
体３２の面との間隔を２ｃｍ〜３５ｃｍのストローク範
囲で摺動できるように設定したとき、最大の間隔３５ｃ
ｍで１６ＭＨｚの共振周波数が得られ、最小の間隔２ｃ
ｍで４０ＭＨｚの共振周波数が得られた。そして、この
時の荷電粒子の電荷ｑは最高値で４５０ＫｅＶ／ｑまで
加速することができた。Therefore, the molding dimensions of the cylindrical housing 30 are 70 cm in length, 70 cm in width, 150 cm in length, the thickness of the movable shorting plate 40 is 7.5 cm, and the movable shorting plate 42 and the surface of the intermediate cylindrical body 32 Is set to be able to slide within a stroke range of 2 cm to 35 cm, the maximum distance 35c
m, a resonance frequency of 16 MHz is obtained, and the minimum interval 2c
At m, a resonance frequency of 40 MHz was obtained. Then, the charge q of the charged particles at this time could be accelerated to 450 KeV / q at the maximum.
【００４８】このように、図６に示す本発明によるＲＦ
Ｑ線形加速器によれば、可動短絡板４２をステム３６に
沿って摺動させることにより、共振周波数を１６ＭＨｚ
〜４０ＭＨｚの範囲で任意に変化させることができる。As described above, the RF according to the present invention shown in FIG.
According to the Q linear accelerator, the movable short-circuiting plate 42 is slid along the stem 36 to increase the resonance frequency to 16 MHz.
It can be changed arbitrarily in the range of ４０40 MHz.
【００４９】ところで、上記したＲＦＱ線形加速器にお
いては、ステムを片側に付けるなどのことを行ったとき
に、空洞内の電極配置の上下あるいは左右の対称性が崩
れ、そのためにヴェイン電極内の電場の対称性が悪くな
る場合がある。しかしながら、このような場合には、筒
状筐体の前後面から、中間筒体を包むようにしてキャッ
プ状電極を取り付けると、ヴェイン電極内の電場の対称
性をかなり回復することができる。図１２乃至図１５を
参照しながら、以下に詳細に説明する。In the above-described RFQ linac, when the stem is attached to one side or the like, the vertical or horizontal symmetry of the electrode arrangement in the cavity is broken, so that the electric field in the vane electrode is reduced. The symmetry may be worse. However, in such a case, the symmetry of the electric field in the vane electrode can be considerably restored by attaching the cap-shaped electrode so as to wrap the intermediate cylinder from the front and rear surfaces of the cylindrical housing. This will be described in detail below with reference to FIGS.
【００５０】図６に示すＲＦＱ線形加速器においては、
筒状筐体３０内におけるヴェイン電極３８、３８および
４０、４０の配置は上下非対称になっており、このため
共振周波数が高くなると、ヴェイン電極３８、３８およ
び４０、４０内の電場の対称性が悪くなる。中間筒体３
２の出口付近で、対称軸からわずかに水平方向にずれた
場所（図１１上の破線示す箇所）での電場の計算例を図
１３に示す。In the RFQ linac shown in FIG.
The arrangement of the vane electrodes 38, 38, 40, and 40 in the cylindrical housing 30 is vertically asymmetric, so that when the resonance frequency increases, the symmetry of the electric field in the vane electrodes 38, 38, 40, and 40 is increased. become worse. Intermediate cylinder 3
FIG. 13 shows an example of the calculation of the electric field at a location slightly shifted from the symmetry axis in the horizontal direction (the location shown by the broken line in FIG. 11) near the exit of FIG.
【００５１】図１３において、横軸は垂直方向の位置
（目盛りはメートル）であり、縦軸は電場の水平方向成
分である。本来ならば、中心の部分は破線で示すように
水平になっていなければならないが、図１３における計
算例では実線で示すように傾いている。In FIG. 13, the abscissa indicates the vertical position (the scale is meter), and the ordinate indicates the horizontal component of the electric field. Originally, the center portion must be horizontal as shown by the broken line, but in the calculation example in FIG. 13, it is inclined as shown by the solid line.
【００５２】ところが、図１４乃至図１５に示すよう
に、一方の端部を筒状筐体３０の軸方向の端面３０ａ、
３０ａにそれぞれ支持した一対の筒状のキャップ状電極
５０、５０を、中間筒体３２の両端部３２ａを包むよう
にしてそれぞれ取り付けると、図１３において破線で示
すように中心の部分が水平になる。However, as shown in FIG. 14 and FIG. 15, one end is connected to the axial end face 30a of the cylindrical housing 30.
When a pair of cylindrical cap-shaped electrodes 50, 50 respectively supported on the respective 30a are attached so as to wrap both end portions 32a of the intermediate cylindrical body 32, a central portion becomes horizontal as shown by a broken line in FIG.
【００５３】[0053]
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
【００５４】内部が真空状態とされた導電性の筒状筐体
内に、先端部を長さ方向に波形状に形成した４枚のヴェ
イン電極を、筒状筐体内のビーム加速軸に沿って直交す
るように対向させるとともに、４枚のヴェイン電極のう
ち相対向するヴェイン電極は山と山あるいは谷と谷とが
向かい合い、かつ４枚のヴェイン電極のうち互いに隣合
うヴェイン電極は山と谷とが隣合うようにして配置し、
４枚のヴェイン電極の波形状に形成された先端部に囲ま
れたビーム加速軸領域に入射された荷電粒子を、高周波
電場によって収束および加速して出射するＲＦＱ線形加
速器において、筒状筐体内に、４枚のヴェイン電極をビ
ーム加速軸方向に沿って包囲する導電性の中間筒体を配
置し、中間筒体を導電性のステムを介して筒状筐体の内
側壁に支持するとともに、４枚のヴェイン電極のうち、
一方の対向する一対のヴェイン電極を中間筒体の内壁面
に支持し、かつ他方の対向する一対のヴェイン電極を筒
状筐体のビーム加速軸方向の両端部に支持するようにし
たので、従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器の場合と比
較して、他方の対向する一対のヴェイン電極と中間筒体
との間の静電容量、および他方の対向する一対のヴェイ
ン電極周りのインダクタンスが付加されたことになる。Four vane electrodes each having a distal end portion formed in a wavy shape in a longitudinal direction are orthogonally arranged along a beam acceleration axis in the cylindrical housing in a conductive cylindrical housing whose inside is in a vacuum state. Of the four vane electrodes, the vane electrodes facing each other have peaks and valleys or valleys and valleys facing each other, and among the four vane electrodes, the vane electrodes adjacent to each other have peaks and valleys. Place them next to each other,
In an RFQ linear accelerator that converges, accelerates, and emits charged particles incident on a beam acceleration axis region surrounded by the wave-shaped tips of the four vane electrodes by a high-frequency electric field, it is placed in a cylindrical housing. A conductive intermediate cylinder surrounding the four vane electrodes along the beam acceleration axis direction, supporting the intermediate cylinder on the inner wall of the cylindrical housing via a conductive stem; Of the Vane electrodes
Conventionally, one pair of opposing vane electrodes is supported on the inner wall surface of the intermediate cylindrical body, and the other pair of opposing vane electrodes is supported at both ends of the cylindrical housing in the beam acceleration axis direction. Compared to the split coaxial RFQ linac, the capacitance between the other opposing pair of vane electrodes and the intermediate cylinder and the inductance around the other opposing pair of vane electrodes are added. Will be.
【００５５】従って、本発明によれば、低い共振周波数
を必要とする場合にも、従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加
速器と同程度の大きさにおいて、さらに共振周波数を下
げることができるものであり、小型のＲＦＱ線形加速器
を得ることができる。Therefore, according to the present invention, even when a low resonance frequency is required, the resonance frequency can be further reduced with the same size as the conventional split coaxial RFQ linear accelerator. A small RFQ linear accelerator can be obtained.
【図１】本発明によるＲＦＱ線形加速器の第一の実施例
を示す横断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an RFQ linear accelerator according to the present invention.
【図２】図１に示すＲＦＱ線形加速器の縦断面図であ
る。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the RFQ linear accelerator shown in FIG.
【図３】本発明によるＲＦＱ線形加速器の等価共振回路
図である。FIG. 3 is an equivalent resonance circuit diagram of the RFQ linac according to the present invention.
【図４】本発明によるＲＦＱ線形加速器の第二の実施例
を示す横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the RFQ linac according to the present invention.
【図５】図４に示すＲＦＱ線形加速器の縦断面図であ
る。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the RFQ linac shown in FIG. 4;
【図６】本発明によるＲＦＱ線形加速器を実機に適用し
た場合の要部を示す一部を破断した斜視図である。FIG. 6 is a partially broken perspective view showing a main part when an RFQ linear accelerator according to the present invention is applied to an actual machine.
【図７】従来から使用されている四翼型ＲＦＱ加速器の
横断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventionally used four-wing RFQ accelerator.
【図８】図７に示す四翼型ＲＦＱ線形加速器の縦断面図
である。FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the four-wing RFQ linear accelerator shown in FIG. 7;
【図９】従来の分割同軸型ＲＦＱ加速器を示す横断面図
である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional split coaxial RFQ accelerator.
【図１０】図９の分割同軸型ＲＦＱ加速器の縦断面図で
ある。FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the split coaxial RFQ accelerator of FIG. 9;
【図１１】従来の分割同軸型ＲＦＱ加速器における等価
共振回路図である。FIG. 11 is an equivalent resonance circuit diagram in a conventional split coaxial RFQ accelerator.
【図１２】図６に示すＲＦＱ線形加速器において電場を
計算した位置を示す概略横断面図である。12 is a schematic cross-sectional view showing a position where an electric field is calculated in the RFQ linear accelerator shown in FIG.
【図１３】図６に示すＲＦＱ線形加速器の図１２に示し
た電場を計算した位置における電場分布を示すグラフで
ある。FIG. 13 is a graph showing an electric field distribution at a position where the electric field shown in FIG. 12 is calculated in the RFQ linear accelerator shown in FIG. 6;
【図１４】図６に示すＲＦＱ線形加速器においてキャッ
プ状電極を取り付けた状態を示す概略横断面図である。14 is a schematic cross-sectional view showing a state where a cap-shaped electrode is attached to the RFQ linear accelerator shown in FIG.
【図１５】図６に示すＲＦＱ線形加速器においてキャッ
プ状電極を取り付けた状態を示す概略縦断面図である。FIG. 15 is a schematic vertical sectional view showing a state where a cap-shaped electrode is attached to the RFQ linear accelerator shown in FIG. 6;
１０ 筒状筐体 １０ａ 端面 １２ 中間筒体 １４ ステム １６ ヴェイン電極 １８ ヴェイン電極 ２０ 高周波導入装置 ２２ 同軸筐体 ２４ 可動短絡板 ２６ 作動アーム ３２ 中間筒体 ３２ａ 端部 ５０ キャップ状電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cylindrical housing 10a End surface 12 Intermediate cylinder 14 Stem 16 Vane electrode 18 Vane electrode 20 High frequency introducing device 22 Coaxial housing 24 Movable short-circuit plate 26 Working arm 32 Intermediate cylinder 32a End 50 Cap-shaped electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮沢 佳敏 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (72)発明者 逸見 政武 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (72)発明者 千葉 利哉 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (72)発明者 矢野 安重 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05H 9/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshitoshi Miyazawa 2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama Pref., RIKEN (72) Inventor Masatake Hemi 2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama Pref., RIKEN (72) Invention Toshiya Chiba 2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama Pref., RIKEN (72) Inventor Yasushige Yano 2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama Pref., RIKEN (58) Fields studied (Int. Cl. 6 , DB name) ) H05H 9/00
Claims (3)
体内に、先端部を長さ方向に波形状に形成した４枚のヴ
ェイン電極を、前記筒状筐体内のビーム加速軸に沿って
直交するように対向させるとともに、前記４枚のヴェイ
ン電極のうち相対向するヴェイン電極は山と山あるいは
谷と谷とが向かい合い、かつ前記４枚のヴェイン電極の
うち互いに隣合うヴェイン電極は山と谷とが隣合うよう
にして配置し、前記４枚のヴェイン電極の波形状に形成
された前記先端部に囲まれた前記ビーム加速軸領域に入
射された荷電粒子を、高周波電場によって収束および加
速して出射するＲＦＱ線形加速器において、 前記筒状筐体内に、前記４枚のヴェイン電極を前記ビー
ム加速軸方向に沿って包囲する導電性の中間筒体を配置
し、前記中間筒体を導電性のステムを介して前記筒状筐
体の内側壁に支持するとともに、前記４枚のヴェイン電
極のうち、一方の対向する一対のヴェイン電極を前記中
間筒体の内壁面に支持し、かつ他方の対向する一対のヴ
ェイン電極を前記筒状筐体の前記ビーム加速軸方向の両
端部に支持するようにしたことを特徴とするＲＦＱ線形
加速器。In a conductive tubular housing whose inside is in a vacuum state, four vane electrodes each having a tip portion formed in a wavy shape in a longitudinal direction are provided on a beam acceleration axis in the tubular housing. Along each other, the vane electrodes facing each other among the four vane electrodes have peaks and valleys or valleys and valleys facing each other, and the vane electrodes adjacent to each other among the four vane electrodes are The peaks and valleys are arranged adjacent to each other, and the charged particles incident on the beam acceleration axis region surrounded by the wave-shaped tips of the four vane electrodes are converged by a high-frequency electric field. And in the RFQ linear accelerator that accelerates and emits, a conductive intermediate cylinder that surrounds the four vane electrodes along the beam acceleration axis direction is disposed in the cylindrical housing, and the intermediate cylinder is Conductive And supporting one of the four vane electrodes on a pair of opposed vane electrodes on the inner wall surface of the intermediate tubular body, and supporting the other of the four vane electrodes on the inner wall of the intermediate cylinder. A pair of vane electrodes to be supported at both ends of the cylindrical housing in the direction of the beam acceleration axis.
支持する前記ステムの電気的長さを可変する可変装置を
備えた請求項１記載のＲＦＱ線形加速器。2. The RFQ linear accelerator according to claim 1, further comprising a variable device that changes an electrical length of the stem that supports the intermediate cylinder on an inner wall of the cylindrical housing.
ップ状電極を備えた請求項１または２のいずれか１項に
記載のＲＦＱ線形加速器。3. The RFQ linear accelerator according to claim 1, further comprising a cap-shaped electrode enclosing both ends of the intermediate cylinder.
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|---|---|---|---|
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